CN103926952B - 怠速控制系统 - Google Patents

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Abstract

提供了一种车辆怠速控制系统（10）。

Description

怠速控制系统
本申请是申请日为2008年7月11日、发明名称为“怠速控制系统”的专利申请200880106774.5的分案申请。
优先权
本申请要求下列申请的优先权：美国临时专利申请序号No.60/959,345，申请日2007年7月13日；美国发明专利申请序号No.11/974,658，申请日2007年10月15日；美国发明专利申请序号No.11/974,640，申请日2007年10月15日；美国发明专利申请序号No.11/974,642，申请日2007年10月15日；美国发明专利申请序号No.11/974,641，申请日2007年10月15日；美国发明专利申请序号No.11/974,644，申请日2007年10月15日；美国发明专利申请序号No.11/974,643，申请日2007年10月15日；以及美国发明专利申请序号No.11/974,645，申请日2007年10月15日，上述申请的公开内容通过引用并入本申请。
技术领域
本公开总体上涉及将电池连接到负载的设备和方法，并且更具体而言，涉及将电池连接到负载来增加能量效率。
背景技术
内燃机会产生因多种原因而不希望有的排放。已知发动机尾气中的废物，例如一氧化碳、碳氢化合物和氮氧化物，有害地影响人类健康，并对环境带来风险。柴油发动机特别地产生大量的碳烟，其包含颗粒物、黑炭、二氧化硫、氮氧化物以及其他有害的污染物。数个政府机构对该物质的排放进行管制。
发动机运行时间的增加导致废物和燃料消耗的的增加。半挂车驾驶员在驾驶室内通常有睡眠的区域，以允许卡车停车、驾驶员不在驾驶时进行睡眠和其他活动。驾驶员在停车时通常让发动机保持运行，从而他/她可以利用驾驶室的气候控制功能并为附属设备供电，而不对卡车电子系统的电池造成不可接受的耗电。相应地，在卡车未在行驶时其发动机在工作，从而因怠速而产生废物并消耗燃料。
附图说明
图1是本公开硬件结构的概念框图；
图2是利用图1的硬件结构的车辆驾驶室内温度波动图；
图3是适用于采用图1的硬件结构的车辆；
图4是图1的硬件结构的监视器的侧视图；
图5是适合图3的车辆使用的电池连接带的第一实施例；
图6是适合图3的车辆使用的电池连接带的第二实施例；
图7是束线和CEMS控制单元的透视图，它们是图1的硬件结构的一部分；
图8是图7的CEMS控制单元的透视图；以及
图9是电池充电维护方法的框图。
通过结合附图来参考下面对本公开实施例的描述，本公开前面描述的特征和其他特征，以及获得这些特征的方式，将会变得更为显而易见，并且将会更好地理解本公开自身。
具体实施方式
下面公开的实施例并不意图是穷尽的或者将本公开限制在以下详细说明中所公开的精确形式。事实上，对实施例的选择和描述是要使得本领域其他技术人员可以利用这些教导。
图1描述了与根据本公开的一个实施例一起使用的硬件结构。如所示的，怠速控制系统10包括中央“CEMS”控制单元12，其提供用于执行本文所描述许多功能的硬件和软件。控制单元12连接到监视器/接口14，用于向驾驶员提供信息，并可选地获取驾驶员输入。控制单元12相对小而轻。控制单元12体积约为137cm3，其通过束线100(图7)进行安装，合并的体积约为266cm3。由于其小、轻、可通过束线100来安装，使得控制单元12可以在车辆上多个位置进行安装(发动机室内，隔板下等等)。此外，该设计还使得容易将控制单元12放置在初始制造时没有考虑系统10的车辆中，即进行翻新。
控制单元12以下面描述的方式来控制车辆的起动机20起动和停止发动机22。控制单元12还连接到LVD 16(低电压断开)开关，其中该LVD 16在下面描述的特定环境下可以用于将车辆的电气负载从电池18断开。电池18可以是吸附式玻璃纤维棉(AGM)、深循环或其它类型的电池。多个电池18可以组合使用，来提供更持久的电池工作，以从电池18获取更多能量。该能量的增加允许发动机22获取更长时间的停用，从而增加了燃料节约并减少排放。本文中通常将讨论作为单个电池的电池18，然而，应当理解，多个组合的电池18是可以预想到的。
LVD 16作用是提供“停车”状态操作。一旦检测到电池18中存储的能量降低到小于所计算的阈值，停车状态可以提供电池18与负载的满功率断开。一种这样的阈值可以被设置成确保在电池18中维持足够的能量来起动发动机22。避免电池完全放电(例如在车辆长期停放(如休假)以后)消除了助动起动(jump start)的需要。系统10测量发动机22工作期间供应给电池18的能量以及在发动机22关闭时电池18提供的能量，来确定存储的电池能量。可替换地，系统10可以用于在存储的电池能量下降到低于阈值时自动地起动发动机22以对电池18进行充电。
系统10还包括“运行”状态。在车辆以行车速度运行期间，系统10监测电池18提供的能量，作为监测交流发电机32正常工作的一种方式。在该状态期间，系统10可以用于当驾驶员不在驾驶时开启和关闭加热和冷却单元26、28、30的风扇，对驾驶室进行适当地加热/冷却。控制冷却单元26、60的风扇可以减少发动机22的寄生负载，因此，提高燃料效率。
怠速控制系统10包括与车辆的发动机控制单元“ECU”24进行通信以获取各种信息，包括速度信号，怠速控制系统10根据这些信息来进行其怠速确定。这些通信通过与电控发动机一起使用的公共卡车数据链路(J1939)来进行。进行速度确定是要通过考虑减少油耗的需求、交流发电机输出的因素以及缸体温度(block temperature)或HVAC因素，来获得理想的发动机怠速。
在“基本”实施例中，怠速控制系统10使用车辆的加热和空调系统26来控制车辆的内部温度。基本实施例要求只要需要加热和空调系统26来改变内部温度，发动机22就要工作。在可以仅依赖电池18的电能而工作的“扩展”实施例中，怠速控制系统10使用一个或多个辅助设备28、30来加热和冷却车辆，这可以单独进行或者结合车辆的加热和空调系统26来进行。
扩展的实施例利用了系统10的模块式设计。扩展的实施例提供了被添加到系统的各种部件来获得更高的效率，但对于系统工作来说这不是必需的。控制单元12被自动地重新配置，来在一附件(例如燃料加热器28和A/C设备30)连接到控制单元12时控制该附件燃料。当车辆怠速时，这些附件或辅助设备28、30可选地放出电池电能，而不是接收电能。由此，控制单元12可以控制内部温度而无需发动机工作，从而减少了油耗和排放。另外，附件28、30可以结合车辆的加热和空调系统26来使用。如果控制单元12使用附件28、30不能冷却或加热到要求的温度，则控制单元12还将起动发动机并使用车辆加热和空调系统26来在加热和冷却车辆方面补充附件装置。加热和空调系统26可以包括燃料缸体加热器(blockheater)27，其在发动机22中的油温太低时使用电池18的电能来启动。
怠速控制系统10(所有实施例)的加热和冷却功能由算法来控制。驾驶员不需要在控制单元12中选择“加热状态”或“冷却状态”。在基本实施例中，驾驶员手动设置车辆的加热和空调系统26上的加热或冷却控制(例如，将空调开至高，使得当怠速控制系统10起动车辆时，空调将会开启)。怠速控制系统10起动和停止发动机22来维持车辆中期望的温度。在扩展的实现中，驾驶员仅启动怠速控制系统10，通过监视器14或别的方式来选择或设置期望的内部温度，而怠速控制系统10基于当前内部温度来确定是否要加热或冷却车辆。在一些实施例中，驾驶员限制于在65°F(华氏度)和75°F之间选择期望温度。如前面所述，加热和冷却可以使用电池18供电的辅助设备28、30来进行，或者使用辅助设备28、30和车辆的加热和空调系统26的组合来进行。
在任一实现中，如下面所述，怠速控制系统10周期性地起动和停止车辆的发动机22，或者是要达到期望的内部温度，或者是对车辆的电池18进行充电。该起动和停止的进行与车辆的点火开关的位置无关。然而，当驾驶员停用怠速控制系统10时，对发动机22的控制(即，起动和停止)立即返回给点火开关。
下面的示例说明了怠速控制系统10加热和冷却功能的正常工作。该示例假定为怠速控制系统10的基本实施例(即，不采用辅助加热或冷却设备)，外部温度为90度，而初始内部温度为80度。在停放车辆并启动怠速控制系统10以后，驾驶员使用铺位区域(bunk area)17中的车辆监视器14来选择期望的70度的温度。此外，为了降低铺位区域的温度，驾驶员将车辆的空调开关转至开启位置。由于当前温度高于期望温度，所以怠速控制系统10确定其必须开启车辆的发动机22来使空调系统工作。怠速控制系统10然后不断地监测车辆内的当前温度。
怠速控制系统10使车辆的冷却系统26工作，直到测得的内部温度达到停用阈值，该停用阈值是期望温度减2度。应当理解，虽然这里将阈值作为各种值来进行讨论，例如“期望温度减2度”，但是其它值也可以使用，并且这些值可以是其它设置的函数。当内部温度升高到启动(activation)阈值时，怠速控制系统10重新启动冷却系统26，其中该启动阈值是期望温度加4度。当对车辆内部进行加热时，怠速控制系统10类似地将内部温度推至停用阈值(期望温度加2度)，当内部温度冷却到启动阈值(期望温度减4度)时重新启动加热系统26。阈值和期望温度之间的关系不能由驾驶员来调整。
继续该示例并参照图2，当测得的内部温度从80度的初始温度，经过74度的启动阈值(点A)，经过70度的期望温度，冷却到68度的停用阈值(点B)时，通常将发动机22关闭，从而停用冷却系统26。
如下面进一步描述的，即使当达到了停用阈值时，如果需要交流发电机32继续工作来对电池18充电，则怠速控制系统10可以使发动机22继续运行。在该情形下，当达到了停用阈值时，怠速控制系统10关闭车辆的冷却系统26的风扇，这将停用车辆的压缩机。
当冷却系统26停用时，随着外部较暖的空气将热量传递通过车辆，测得的车辆内部的温度将缓慢升高。如图2中所示，内部温度最终达到74度(期望温度加4度)的启动阈值(点C)。当测得的温度达到启动阈值时，怠速控制系统10再次开启车辆的发动机22来使冷却系统26工作并将内部温度降回到68度的停用阈值(图2中未示出)。该循环根据需要继续进行。通过仅根据需要来开启发动机22以获得期望的内部温度，与一直怠速相比，怠速控制系统10节省了燃料并减少了排放。
在怠速控制系统10的一些实施例中，控制单元12可以基于反映系统10历史工作的数据来确定或估计驾驶员大概的睡眠时间。例如，如果怠速控制系统10在10:00p.m.和6:00a.m.的数小时之间定期被启动，则控制单元12可以假定驾驶员在该时间内睡觉。为了进一步改进整体的车辆能量管理，怠速控制系统10可以用于在驾驶员睡觉时自动地调整期望温度。例如，如果驾驶员选择期望温度为70度，则控制单元12可以如前面所述的方式工作，直到午夜其自动地将实际的期望温度改变为74度。自动改变实际的期望温度产生了虚拟设置点。称其为虚拟的，是在于该点实际上并非用户所设置，而是系统将该设置点当成如同是用户选择的设置点。该期望温度小的差异，即设置温度和虚拟设置点之间的4度差异，应该不会被正在睡觉的驾驶员注意到，通过减少发动机22开启时间，这将进一步减少燃料消耗和排放。
在一些情形下，怠速控制系统10将不能达到停用阈值温度。例如，车辆的温度控制系统可能由于滤清器堵塞或制冷剂耗尽而效果不良，或者外部温度可能过分极端以致于即使是完全功能的温度控制系统也无法达到停用阈值温度。或者，驾驶员可能无意或者有意地让窗户开着。已知有些驾驶员因发动机22周期性起动和停止而恼怒或者难以入睡。这些驾驶员中的一些人试图通过打开窗户并设置一个因外部空气的进入而无法达到的期望的内部温度，来回避怠速控制系统10的工作。一些怠速控制系统10将持续地运行发动机22，试图达到期望温度，从而消除了系统燃料和排放的减少。怠速控制系统10通过以下面描述的方式将期望温度自动地重新设置成虚拟设置点，来防止这样的效率损失，而不管是何原因(即，不论是装置问题还是驾驶员疏忽/操纵)。
如果在预定的时间内(“分配的时间”)未达到与当前期望温度相关联的停用阈值，则怠速控制系统10自动地调整期望温度。怠速控制系统10一旦达到启动阈值就计算分配的时间。通过利用来自ECU的表示外部空气温度的信号，怠速控制系统10确定外部温度和期望温度之间的差(“温度差或TD”)。然后怠速控制系统10确定TD是正的还是负的，从而自动地确定要加热还是冷却。负的TD指示加热模式，而正的TD指示冷却模式。存储在存储器中的表将TD范围与预期的内部温度变化速率(“预期的速率”)相关联，单位为分钟每华氏度。表1示出了该预期的速率查找表。
表1
负的TD 预期的速率
TD>70 10
50<TD≤70 8
30<TD≤50 6
0≤TD≤30 4
正的TD
TD>35 10
25<TD≤25 8
15<TD≤25 6
0≤TD≤25 4
使用图2中示出的示例，在点C，怠速控制系统10计算TD(即，92–70＝+22，其中92是外部温度，70是期望温度)，并访问查找表来确定预期的变化速率为6分钟每度。因此，怠速控制系统10确定达到68度的停用阈值所要分配的时间为36分钟。应当注意，每一次内部温度改变1度时对预期的速率进行检查。换言之，当内部温度达到73度时，怠速控制系统10将再次计算TD(即，92-70＝+22，外部温度未改变)，并针对循环的剩余部分确定预期的速率(即，6分钟每度)。接着，怠速控制系统10基于该预期的速率计算剩余的分配的时间。这样，如果TD落入表1的不同范围(例如，由于相对突然的情况变化，如日落时出现的外部温度下降)，则最初计算的分配的时间在循环期间可能会改变。
如果内部温度在经过分配的时间之前达到停用阈值，则简单地将HVAC系统停用，如前面描述。另一方面，如果内部温度在分配的时间内未达到停用阈值，则怠速控制系统10根据下面的等式计算新的期望温度：TempNEW＝TempREACHED+3(对于冷却)(其中的“3”是根据取温度范围(上限–下限)6并将其除以2而得到)以及TempNEW＝TempREACHED-3(对于加热)，其中TempNEW是新的期望温度，TempREACHED是在分配的时间结束时达到的温度。
图2示出了在分配的时间内未能达到停用阈值。如前面所解释，在正常状况下，当期望温度是70度时，车辆的内部温度控制在74度的启动阈值和68度的停用阈值之间。在图中，在点B以后的某点，发生的事件(假定驾驶员打开了窗户，窗外是92度的外部空气)阻止了在分配的时间内将车辆内部冷却到停用阈值。当温度达到点C时，怠速控制系统10计算分配的时间为36分钟(如图2中T1所示)。然而，在分配的时间最后，内部温度仅冷却到71度(点D)。由于在分配的时间内未达到停用阈值，怠速控制系统10将停用HVAC系统并计算新的期望温度为74度(即，TempREACHED+3)。系统还基于新的期望温度和前面描述的等式计算新停用和启动阈值分别为72度和78度。
相应地，HVAC系统将保持关闭，直到车辆的内部温度漂移升高到78度的新启动阈值(点E)。在下一冷却循环开始时，怠速控制系统10再次计算达到72度的新停用阈值所要分配的时间。对于该循环，TD是+14(即，外部温度已经下降到了84，84–70＝+14)，预期的速率是4分钟每度，分配的时间是24分钟(6度(78-72)乘以4分钟每度；如图2中T2所示)。虽然图2中未示出，但是如果康明斯系统(Commins System)在分配的时间内未能将车辆内部冷却到72度的新停用阈值，则系统将再次向上调整期望温度。期望温度可能需要自动调整两次或更多次(图2中未示出)，每次逐渐地与驾驶员选择的期望温度更远，直到在分配的时间内达到了停用阈值。
该自动再调整一个结果是驾驶员发起的使发动机22连续工作的尝试将失败。在不对系统10进行自动再调整的情况下，驾驶员可能能够让92度的空气从窗户进入，选择期望温度为70度，并使发动机连续工作以保持相对舒适的内部温度，诸如71度。然而，使用怠速控制系统10，上面的情形导致在第一冷却循环以后计算出新的期望温度/虚拟设置点为74度(TempREACHED+3)，并且后续的起动和停止基于72度的新停用阈值以及78度的新启动阈值。驾驶员让越多的暖空气进入车辆，对车辆的内部温度的自动调整就越大。在某些实施例中，定义了期望温度/虚拟设置点的绝对边界，例如最小48°F以及最大82°F。相应地，控制单元12不能在该范围之外调整期望温度/虚拟设置点。类似地，在扩展的实施例中，边界可以是用于确定控制单元12何时调用车辆的加热和空调系统26以协助附件28、30的触发点。
编入怠速控制系统10的另一行为是在情况允许下倾向于返回驾驶员选择的期望温度。更具体地，当怠速控制系统10一旦未能达到停用阈值就自动地调整期望温度从而偏离驾驶员选择的期望温度时，如果情况允许，则将在后续工作循环期间自动地将温度调整回到驾驶员选择的温度。在前面的示例中，驾驶员打开了窗户，窗外是90度的空气，而怠速控制系统10将期望温度/虚拟设置点调整为74度。然而，通过对变化的情况作出反应，怠速控制系统10将尝试把期望温度调整回驾驶员选择的70度。例如，如果驾驶员大概在图2的图形上的点G处关上窗户，则怠速控制系统10可以不继续使用调整的74度的期望温度/虚拟设置点温度来工作。替代地是，如果在分配的时间内(与点E处情况一样为24分钟)达到了72度的新停用阈值，则怠速控制系统10将继续进一步冷却车辆内部，如图中所示。怠速控制系统10在分配的时间内能够达到的内部温度将成为新停用阈值。怠速控制系统10将基于新停用阈值并使用前面描述的等式计算对应的新的期望温度和启动阈值。在图2的示例中，怠速控制系统10在分配的时间内能够达到68度的初始停用阈值(点F)，其将把期望温度调整回驾驶员选择的70度。
在怠速控制系统10进行了到期望温度/虚拟设置点的多次自动调整的情形下(例如，将期望温度改变得离驾驶员选择的温度越来越远)，系统10还可以在后续工作循环期间(在情况允许下)朝驾驶员选择的温度进行多次向回调整。例如，假定怠速控制系统10在冷却系统的问题得以纠正(例如，将窗户关上)之前，自动地将期望温度从70度调整到74度、80度、82度。在下一工作循环期间，怠速控制系统10可在分配的时间内将内部冷却至远低于当前78度的停用阈值。如果在分配的时间结束时内部温度达到76度，则怠速控制系统10将考虑76度作为新停用阈值，并根据前面描述的等式计算调整的期望温度/虚拟设置点为78度以及启动阈值为82度。在下一工作循环期间，怠速控制系统10可在分配的时间内将车辆冷却至70度。在该情形下，70度是新停用阈值，而期望温度/虚拟设置点和启动阈值分别为72度和76度。采用该方式，怠速控制系统10逐渐返回驾驶员优选的温度。
如前面所述，怠速控制系统10采用该方式自动地调整期望温度，而不论未能达到停用阈值是何原因。然而，当系统10自动地调整期望温度/虚拟设置点时，假定存在某种问题并且通过在怠速控制系统10的监视器14上显示的消息来通知驾驶员。如果表现为是驾驶员的操纵使得未能达到停用阈值，则怠速控制系统10将修改该消息。对怠速控制系统10进行编程以假定：只要车窗和车门是关上的，怠速控制系统10就应该能够在分配的时间内使任何车辆的内部温度偏离外部温度至少10度。如果怠速控制系统10在分配的时间内未能达到停用阈值，则系统10检查来自ECU 24的外部温度信号。如果系统10能够使内部温度偏离外部温度多于10度，这表示窗户和车门是关上的，则系统10将提供消息，例如“请检查滤清器和氟利昂，确保温度控制处于最大设置，并确保所有窗户和车门关闭”。另一方面，如果系统10不能引起甚至10度的偏离，这表示窗户或车门是开着的，则所提供的消息将是“请关上所有窗户和车门，检查滤清器和氟利昂，并确保温度控制处于最大设置”。
除了控制车辆的内部温度以外，怠速控制系统10监测车辆的电池18的工作，并使发动机22根据需要工作来使用车辆的交流发电机32对电池18充电。如前面所述，怠速控制系统10可以与AGM、深循环或湿电池18一起使用。一般地，怠速控制系统10基于电池18的DC电阻确定电池18的内部电荷状态(“SOC”)。电流传感器80用于测量流入和流出电池的电流，这些测量用于计算DC电阻和SOC，来监测电池18的工作。
图5和6中示出了平衡负载电池耦合器36、36’、38、38’的实施例。耦合器36、36’、38、38’包括采用成型绝缘聚合物选择性覆盖的导电材料。该导电材料在负载附接点40和电池附接点44处露出。电流传感器80附接在正的电池耦合器36、36’、负的电池耦合器38、38’之一或二者的附接点40，以从中获取读数。将电流传感器80附接到一个或两个附接点40使得来自所有电池的所有电流被电流传感器80“看到”。电池端子42电耦合到耦合器36、36’、38、38’的电池附接点44。从而，耦合器36、36’、38、38’提供到多个电池18中每一个的连接。负载附接点40和每个电池附接点44之间的引线距离基本上相同，该距离是电流在每个耦合器36、36’、38、38’内必须经过的距离。耦合器36、36’、38、38’使得每个电池18看到基本上类似的负载。相应地，电池18以类似地速率放电，因为没有任何一个电池18看到与其他电池18显著不同的负载。
图6的电流传感器80是利用了霍尔效应的非介入式电流传感器。传感器80监测交流发电机32的电流输出和电池18的返回电流。传感器80还包括测量交流发电机32和电池18的电压的线。相应地，传感器80接收4个输入：交流发电机电流、电池返回电流、交流发电机电压和电池电压。电流传感器80测量范围最高达200A，其分辨率在电流数值范围下端为+/-100mA。传感器80提供许多输出，包括：
充电系统在交流发电机100A处的电压降，Vdrop＝(Valternator–Vbattery)；
交流发电机32提供的能量，Ahalternator＝Ialternator×Hr；
发动机开启时的车辆电气负载，Ivehicle load engine on＝(Ialternator-Ibattery return)
发动机关闭时的车辆电气负载，Ivehicle load engine off＝ABS(Ibattery return)；
发动机开启时的总能量负载，Ahralternator＝Ivehicle load engine on×Hr(在充电循环)；
发动机关闭时的总能量负载，Ahrbattery＝Ivehicle load engine off×Hr(处于充电循环)；以及
电池18的总可用能量，Ahravail＝Ibattery return×Hr(处于充电循环)。(可用的能量不包括充电电池效率(电池阻抗))。
对于读数，应当理解，在任何时刻，加载在电池18上的电流量越大，在该时刻测得的电池电压就越低。电池18实际的开路电压(Vopen circuit)确定电池18的电荷状态。当对电压进行测量以确定电荷状态时，测量时加载的电流量将给出错误的读数。因此，使用与任一时刻加载的车辆电流量有关的偏移。该偏移或者存储为查找表，或者通过等式来确定实际的开路电压。
传感器80还提供以下输出，包括：
与车辆负载有关的实际的开路电压，Vopen circuit＝Vbattery+DC电阻×Ibatt；
Vopen circuit处存储的能量(Ahrstored)；
Vopen circuit处使用的能量；
Vopen circuit处存储的能量与使用的能量的比较；
测量Vopen circuit时的电流；
电池充电效率，(在Ahrstored的相关Vopen circuit处，Ahrstored/Ahravail×100)；
电池的实际电荷状态，SOCbatt＝Vopen circuit(电池类型因子)；
通过确定与Vopen circuit有关的Ahravail来确定电池类型；
如果电源线中有过量的电压降，在100A处Vdrop>0.5V，则确定存在充电问题；
通过测量进入电池18的Ahr和流出电池18的Ahr来确定电池18的储备容量是否在降低，来确定存在对坏电池的充电问题；
计算能量，使得可以确定何时开启发动机；
对电池18充电中的能量使用，包括使用Vbattery(engine off)进行校准；以及
电池18循环计数。
在初始起动怠速控制系统10时，假定电池18是新的，或者至少是处于非常好的状况下。由于新的电池18一般未被充满，所以怠速控制系统10检测何时在对电池18充电(即，发动机22在运行)，并监测交流发电机32提供给电池18的电流。在一段时间后，电池的SOC达到基本稳态的状况。怠速控制系统10假定进展下去为，与该稳态状况相关联的SOC对应于电池的最大SOC。
怠速控制系统10还基于已知的电池类型的内部阻抗特性来确定电池18是湿电池还是AGM电池。怠速控制系统10被编程有指示电池类型的推荐的最大耗电(最大SOC的百分比)的数据。已知电池类型、最大SOC和推荐的最大耗电百分比，怠速控制系统10计算最小SOC阈值，在该最小SOC阈值下，电池18不应该再被消耗。当电池18的SOC低于该最小阈值时，怠速控制系统10将起动发动机22对电池18进行充电。
下面参考图9描述电池充电维护系统算法100的第二实施例方法。图9示出了结合SOC校准计算使用的计算SOC的方法。通过一起使用这两种计算，电池充电维护系统算法可以是自调整和自适应的。该调整/适应使得在最大化负载可从电池系统获取的能量的同时，仍维持足够的能量以在任何状况下都能起动发动机22。
当电池18首先连接到CEMS 12时，电池18的状态是未知的，所述状态包括电池18在77°F下的容量以及电池18的健康度。
在360秒(6分钟)内对来自电池18的电流每秒采样1次。360个电流值然后进行求和，再除以3600(1小时的秒数)，从而得到以Ahr为单位的6分钟期间耗费的能量(步骤102)。然后，将得到的值乘以10来确定每段时间(6分钟)产生的平均安培。(步骤104)。
然后，在步骤106使用Peukert定律来确定SOC。Peukert定律提供了直到电池能量耗尽前电池将提供能量的时间长度(小时)。
Peukert定律：T＝R/(I*R/C)N，
T＝电池从100％SOC到0％SOC所花费的时间长度，以小时为单位。
R＝速率，每特定负载电池进行放电的时间量，例如速率为20小时。
I＝所施加负载的量，以安培为单位。
C＝测量的电池容量，以Ahr与特定速率(R)的比为单位。
N＝电池常数，例如1.1-1.3，通常为1.2。
速率(R)将保持在20小时不变，容量(C)在加电循环开始时(电池电源被首次连接时)将被假定为25℃时400Ahr。该假定的容量可能在加电循环之后发生改变，这取决于外部温度。外部温度将通过温度传感器25获得或者从电池附近的另一传感器(未画出)获得，并且该外部温度将被考虑作为电池的温度。
通过乘以60或T＝60×R/(I/C/R)N，Peukert定律变成分钟形式。于是，通过取6÷60×R/(I/C/R)N的比来计算放电深度(DOD)。然后，每6分钟时间段对DOD进行求和。然后，通过以下等式SOC＝1–DOD来确定SOC。
有时，确定需要重新校准SOC，步骤108。当在步骤106计算出的SOC和在步骤110根据制造商的Voc所确定的SOC之间的差大于5％时，对SOC进行重新校准。
Voc＝[{(V0–V1)/(I1-I0)}×I1]+V1。
V0＝在t＝0时的电池电压
V1＝在t＝1时的电池电压
I0＝在t＝0时施加给电池的电流量
II＝在t＝1时施加给电池的电流量
通过在步骤112测量电池的DC电阻(Rbatt)来确定实际的Voc。通过观察某个时刻电池的电压和电流(I0和V0)然后与另一时刻的电压和电流(I1和V1)进行比较，来计算DC电阻。通过使用下面的式子(V0–Vi)/(I1-I0)来得出DC电阻。Rbatt每15分钟被测量，并然后被存储和映射到电池SOC。如果在同一SOC处可以读取另一大于2×I0的读数，则应该使用该值作为替代，并将其置于SOC vs Rbatt的映射中。
在步骤114，在每个6分钟时段结束时计算电压降：Vdrop＝Iavg×Rbatt。
在步骤110，在每个6分钟时间段以后确定实际的Voc：Voc＝Vbatt+Vdrop。
然后在步骤116，使用实际的Voc采用下式来计算SOC：
SOC(电池)＝-763.0+66.87×Voc(假定使用Northstar电池、Lifeline电池，或Dynasty电池)。
下面，算法100确定在步骤106计算的SOC与在步骤116通过Voc确定的SOC的变化是否超过5％。如果是，则算出的SOC由通过Voc(制造商Voc)确定的SOC替代，并且该SOC在步骤118用作以新的容量重新计算SOC的开始点。
在步骤118，使用下面的表达式对容量进行重新校准：C＝IR/(R/T)1/N(参见前面对Peukert定律变量的说明)。
步骤118确定以时间百分数算出的SOC大于还是小于制造商根据Voc确定的SOC。如果算出的SOC更大，则将电池容量减少T。如果算出的SOC较小，则将电池容量增加T。
通过将T增加或减少一差值来获得新的T值，所述差值是从算出的SOC到制造商确定的SOC的误差量。
使用平均电流来计算电流，通过对不同的6分钟时间段的Iave求和，并然后除以6分钟时间段的数量来使用所述平均电流。
速率R取20小时，N的值取1.25。
然后，在以华氏度为单位的当前电池温度处重新计算新的电池容量(Ccalc)。然后，通过下式对77°F情况下的电池容量(C)进行归一化：C77°F F＝Ccalc/(0.6961+0.005271×77-0.000017×77**2)来针对。
然后重置电池寿命循环计数器(BClife cycle)。该重置在每次电池容量确定算法用于校正容量时进行。
在步骤120，基于外部温度和电池循环次数来修改预期的电池容量(C)。虽然在步骤118针对77°F将存储在存储器中的容量进行了归一化，但是实际的容量受外部温度影响。
C＝Cnorm×(0.6961+0.005271×Temp(°F)-0.000017×Temp(°F)**2)
另外，容量基于电池所经历的循环数量而减少。当BClife cycle＝10时，电池容量减少1Ahr。每当使用该算法将电池容量减少1Ahr以后，将BClife cycle重置为0。
当测得的到电池的电流大于100安培时，测量交流发电机和电池电压来确定VDrop＝(VAlt–VBat)。
VDrop是线路中存在太大电阻的指示，这通常意味着电源线连接上存在过度腐蚀。该过度的电压降减少了提供给电池的能量。
每次CEMS启动时记录VDrop，并得到其趋势，以对电源线进行预先维护。0.5V的VDrop通常表示电源线连接需要进行腐蚀清理。
非介入式霍尔效应电流传感器(其可能是传感器80的一部分)或者分流器监测负载的电流输出以及电池的返回电流。使用来自负载(在负载处测得)的电流读数(安培)加上来自电池的电流读数(安培)，其和等于交流发电机提供的总电流，即有以下给定关系：Ialternator(A)＝Ibattery(A)+Iload(A)。电流传感器80还可以设在交流发电机处，以直接提供Ialternator(A)。
一旦加电，CEMS考虑测得的交流发电机的最高输出作为交流发电机的最大输出的指示。换言之，系统通过查看交流发电机在每一特定发动机转速(RPM)下所产生的峰值功率，来监测最大输出。对此进行记录，并考虑将其作为交流发电机的最大额定电流。此操作一直进行，直到下一次加电序列。
在任何时刻如果交流发电机输出变为小于交流发电机可提供峰值功率的90％，则CEMS系统提醒驾驶员需要更换交流发电机。
在加电序列期间，CEMS假定电池容量为25℃时400Ahr，并认为电池是新电池。电池容量相对于循环数量、温度以及所施加负载量而变化。因此，对于4电池系统，相对于25℃的温度以及20安培的负载，当电池容量减少超过20％时就应该更换电池。25℃时，尽管容量减少超过20％的电池仍可以使用，但将需要更加注意确保发动机仍能够起动。
霍尔效应传感器可以确定电流的方向，因此在将其放置在车辆的电池充电系统中时应该注意朝向。为了降低这些传感器装反的可能性，提供了重新配置算法。
电池上的电流传感器考虑电流是负还是正。当发动机转速大于450RPM时，则电流应该为正。如果不是，则在非易失性存储器中放入一标志，该标志将用于通过将测得的电流乘以(-1)或者仅改变测得的电流读数的符号来改变电流读数。
对于负载传感器，电流将一直在一个方向流动。因此，当电流传感器感测到电流并且电流为负时，则在非易失性存储器这放入一标志，该标志将用于改变电流读数的符号。
在步骤122，当电池中存储的能量达到一定能量阈值时，CEMS将重新起动发动机来对电池进行充电。该算法是自学习算法，从而随时间变化其允许从电池使用更多能量，这是因为根据环境温度和电池循环的不断变化的状况，其允许更低的DOD。在起动序列期间对下列参数进行测量和记录：发动机RPM、起动期间的电池电压、起动前的放电深度(DOD)、考虑了循环数量和环境温度以及油温的电池容量。在起动事件期间，发动机RPM需要保持在120RPM以上，电池电压保持大于8V。随着环境温度升高，得到更低DOD的能力也将提高。
自电池容量由于多种因素(例如电池循环、电池温度以及电池的DOD)而发生了变化之后，在电池的SOC使得得到的电池容量将能够提供足够的能量来起动发动机(其速度大于120RPM，且Vbatt大于8V)之前，电池进行放电。
一旦加电，当考虑400Ahr的电池容量时，起动序列在DOD为50％时开始进行。由于每次循环(充电/放电)都以发动机起动而结束，所以对以下项进行了映射：开动(cranking)期间的发动机RPM、开动期间的平均电池电压、开动时的油温，以及开动前的DOD。
CEMS 12自动地映射这些条件，并相应地起动发动机。
对于发动机的开启和关闭时间，系统10可以通过跟踪发动机关闭时间来限制发动机每小时最大起动次数(例如，每小时起动5次)。例如，如果期望的每小时最大起动次数为5(即，最小循环时间为12分钟)，并且发动机在该小时的前4分钟内是关闭的，但需要被启动来维持车辆的内部温度，则控制单元12从最小循环时间减去最近的关闭时间来计算最小开启时间(即，最小开启时间＝12分钟-4分钟＝8分钟)。因此，当发动机起动时，控制单元12使其继续运行至少8分钟，即使期望的内部温度(在温度控制操作期间)提前达到或者电池能量(在电池充电操作期间)提前补满也是如此。如果需要多于8分钟来达到期望的(温度或充电)结果，则控制单元12将使发动机继续运行。从而，系统确保了发动机每12分钟起动不多于一次。为了跟踪系统效率(即，显示燃料节省和排放减少)，对开启时间和关闭时间进行记录。相应地，系统10被提供有多个软件模块，其能够保存和处理发动机和温度数据，以提供多种报告。该数据和报告在用户请求时可以显示在监视器14上，并且可以下载到单独的计算机。该下载可以通过与系统10以接口连接的有线接口进行(例如J1939线缆)，或者系统可以进行无线数据传输，例如具有Wi-Fi或蓝牙连接。数据存储功能使得控制模块12能够执行类似于商用飞机的“黑盒子”的功能。报告可以采用所建议的附件形式，其可以被添加来获取额外的燃料效率。
一种这样的报告是确定发动机22的排放输出的报告。该报告接收例如燃料比、发动机统计数据(大小，气缸等等)以及负载测量这样的输入来计算实际的发动机排放。结果可以是克每小时的形式。结果可以与法定的排放要求进行比较。相应地，输出可以反馈给CEMS以防止发动机22超过排放要求。当接近法定要求时，一种CEMS可以用来减少排放的方式是利用发动机所有气缸中的一部分(即从6个气缸减为3个气缸)。
安装怠速控制系统10包括安装多个传感器，以确保满足正确的条件，从而使得发动机22在控制单元12指导下起动。一种这样的传感器是机罩倾角传感器19。机罩倾角传感器19监测机罩打开还是关闭。当机罩打开时，例如当在对发动机22进行操作时，控制单元12锁住从而不能自动地起动发动机22。由此，当在对发送机22进行操作时，控制单元12不能起动发动机22。类似地，另一种传感器是空档位置传感器21。空档位置传感器21确定车辆挂上了前进档还是倒车档。当车辆挂入前进档或倒车档时，起动发动机22可以使车辆开始行驶。还包括的功能有确保空档位置传感器21不发出错误的肯定，例如因为碎片嵌入传感器21而发出错误的肯定。由此，空档位置传感器21防止发动机22自动起动而使车辆行驶。又一种可能的传感器是驻车制动传感器23。类似于空档位置传感器21，驻车制动传感器23检查确保在发动机22起动之前驻车制动已拉上，以帮助防止无人驾驶的行驶。
除了获得用户输入以外，监视器14还提供诊断信息，用于协助用户确定并纠正系统中的任何故障。这些故障可以是来自上述传感器19、21、23的指示或其它的指示。诊断信息还可以包括用户应该执行来使得问题隔离的步骤。提供的信息还可以包括用来辅助指导用户进行这些步骤的说明。监视器14还可以向用户提供有关预防性维护的信息。这种预防性维护可以包括通过确定现有线路上的电压降和确定现有电池内减少的容量来建议更换或清理所选的电线。监视器14还可以用作多媒体监视器，用于播放电视节目、电影(采用VCR或DVD播放器或其他的来源)、万维网内容或导航辅助。在这些实施例中，当系统10需要使用监视器14来向用户传达系统信息时，控制单元12打断并中断多媒体展示内容。多媒体来源可以直接插入监视器14，或者可以插入到控制单元12，控制单元12执行输入切换以确定允许输出哪个输入。监视器14可以是触摸屏，从而不需要有单独的输入设备。图4中示出了这样的监视器14。图4的监视器14中包括温度传感器29，以提供温度调节装置15的功能。
控制模块12可选地具有音频扬声器。该扬声器允许系统10提供系统10是否启动的可听到的指示。替代扬声器或与扬声器协作地，系统10可具有指示系统10是否启动的可视指示，例如监视器14上的光或显示。
提供了本公开又一实施例，用于通过控制模块12来确定加热/冷却操作。控制模块12装有湿度传感器。对期望温度进行改变，已有利于减少能量消耗。然而，如果加热和冷却需要有利于驾驶员舒适度，则湿度读数将会被忽略。如果加热/冷却算法有利于减少车辆的能量消耗，则加热/冷却算法并入湿度纠正因素算法。舒适指数温度(CIT)计算为CIT＝1.059TMPACT+0.093H-10.44，其中TMPACT是实际温度，H是从传感器读取的湿度。附表A提供了本文使用的许多缩写的定义。表2是针对当关闭/开启加热/冷却时何时使用CIT或实际温度(TMPACT)的概述。
表2
CIT利用表
CIT≤TMPACT 在加热状态期间，使用实际温度
CIT≥TMPACT 在加热状态期间，使用舒适指数作为新记录的温度
CIT≤TMPACT 在冷却状态期间，使用舒适指数作为新记录的温度
CIT≥TMPACT 在冷却状态期间，使用实际温度
该方法通过使用时间和温度斜率来确定加热/冷却操作。该方法定义了正常操作算法。该算法指示通过求TMP(AIR)(外部环境温度)和TMP(ACT)(不考虑舒适指数温度(CIT)的实际驾驶室温度)之间的差来确定最大斜率。小于零的差定义加热状态，大于零的差定义冷却状态。然后对该差值进行分类来确定根据天气条件(表1)而允许的最大斜率(SMAX)。
接着，根据针对外部天气条件分配的最大斜率，计算达到温度的最长时间。最长时间(TMAX)通过以下来计算：TMAX＝(TMP(ACT)-LL)×SMAX。其中LL是下限，对于冷却情况，LL为设置点或虚拟设置点减去范围/2。(对于加热情况，TMAX＝(HL-TMP(ACT))×SMAX)。
每个时间段(TS)具有通过确定改变1°F需要的分钟数而测得的斜率(SMEAS)。如果温度开始向错误方向移动，则采用下面讨论的错误温度方向算法。如果温度保持固定，则采用下面讨论的温度无变化算法。
剩余时间(TREM)通过从TMAX减去测得的斜率SMEAS来确定。因此，TREM＝TMAX-SMEAS。如果观测到新的SMEAS(天气条件发生变化)或者开始了新的加热/冷却循环(HCC)，则将重新计算TMAX。对于每个新的TS，通过使用先前的TREM并减去新测得的斜率SMEAS来计算新的TREM。
如果时间用完(TREM＝0)，而期望温度尚未达到，则将发出虚拟设置点(VSP)。这通过取当前驾驶室温度TMPCAB(实际温度或CIT)，并对于冷却情况加上范围/2、对于加热情况减去范围/2来得到。当发起新的HCC或者观测到新的SMAX时，将使用该新的VSP。VSP可以进行修改，根据需要增加或减少，以得到VSP＝SP。如果已经发出VSP、针对该VSP以及达到了温度并且TREM≠0，则继续进行加热/冷却，直到TREM＝0或者VSP＝SP，然后关闭加热/冷却。
另外，外部温度根据ECU 24提供的信息来确定。虽然图3中将温度传感器25示出为在发动机室的外部，但是可以设想温度传感器25位于发动机室内部的其它实施例。在这些实施例中，仅当发动机RPM>0时才获取温度。一旦RPM＝0，则在经过一段时间之前，将不获取温度，这是因为温度传感器25位于发动机22的入口内，一旦发动机关闭则受发动机22排热的影响。不论位置如何，温度传感器25可以通过系统10来启动，而与ECU 24的启动无关。相应地，避免了可能由ECU 24牵引的电流，从而减少了电流消耗。
如前面所述，所述方法包括错误温度方向算法。该算法指示，如果当发动机和/或HVAC附件开启时温度在错误方向前进了超过2°F(冷却状态温度增加，加热状态温度降低)，则消息在监视器14上闪烁，表示车辆的HVAC设置错误或者需要关闭窗户。在温度在错误方向上增加了2°F之后，系统10继续运行8分钟，以允许该状况进行自纠正。如果没有纠正，并且温度等于起动温度或继续在错误方向上移动，则发动机22循环设置为开启20分钟关闭10分钟。在每20分钟的开启循环之后，如果驾驶室温度开始在正确方向上移动，且温度好于起动温度，则获取观测到的最后的温度并与上限或下限(HH或LL)相加，以获得冷却或加热虚拟设置点。自动循环停止，并以新的虚拟设置点恢复正常工作。如果循环的进行长于2小时或4个完整循环，则怠速控制系统10停止温度控制，并仅根据需要起动发动机来对车辆电池进行充电，或者直到驾驶员通过监视器14请求启动。另外，可以对在驾驶室状态关闭之前每小时允许的循环次数设置限制。
如前面所描述，所述方法包括温度无变化算法。该算法指示，如果天气条件为最恶劣(即，外部温度比设置点低70度以上，或者外部温度比设置点高35度以上)，则发动机和/或附件HVAC允许连续运行。在这些情形下，怠速控制系统10将连续运行，直到或者达到停用阈值，或者TD降低到表1中列出的非极端范围之一。
怠速控制系统10的相关行为是当TD处于非极端范围内时其对未能改变内部温度作出响应。在这些较不极端条件下未能改变内部温度表示车辆的HVAC系统存在问题，或者驾驶员进行了干预。相应地，当(1)TD落入非极端范围内，(2)期望温度尚未到达，以及(3)内部温度未能在10分钟内改变至少1度时，怠速控制系统10将在监视器上向驾驶员提供消息，例如“请检查滤清器和氟利昂，确保温度控制处于最大设置，并确保所有窗户和车门关闭”。怠速控制系统10还将以当前温度加4度(如果为冷却情况)或减4度(如果为加热情况)来建立新的期望温度。以前面描述的方式来计算新的停用和启动阈值。
在建立了新的期望温度之后，怠速控制系统10确定新的期望温度是否超过预定义的上限82度或者预定义的下限48度。如果期望温度已经自动地调整而超过任一限值，则怠速控制系统10以前面描述的方式使HVAC系统进行自动循环(即，开启20分钟，关闭10分钟，开启20分钟等等)。在每20分钟的开启循环结束时，怠速控制系统10确定内部温度是否低于79度(如果是冷却情况)或者高于51度(如果是加热情况)。如果内部温度满足正确的条件，则怠速控制系统10以当前温度加4度(如果是冷却情况)或者减4度(如果是加热情况)来建立新的期望温度。以上面描述的方式来计算新的停用和启动阈值。之后，怠速控制系统10恢复正常工作。
虽然本公开已经被描述为具有示例性设计，但是可以在本公开的精神和范围内对本公开进行进一步修改。因此，本申请意图涵盖使用其一般原理的任何变型、使用或修改。此外，本申请意图涵盖本公开的落入本公开所属领域中的已知实践或惯例内的此类偏差。
列表A
TS＝ 温度变化1°F(实际或舒适指数)需要的时间段，用分钟表示。
HCC＝ 加热/冷却循环，其是在达到HL或LL之前TS的和。
HL＝ 上限，其是设置点或虚拟设置点加范围/2(对于加热情况)。
LL＝ 下限，其是设置点或虚拟设置点减范围/2(对于冷却情况)。
TMPCAB＝ 驾驶室温度，其是实际温度或舒适指数温度(CIT)
TMPACT＝ 实际驾驶室温度，并且没有考虑CIT。
TMPAIR＝ 实际外部环境温度
CIT＝ 舒适指数温度，由1.059(TMPACT)+0.093H-10.44给出
H＝ 驾驶室内观测到的湿度。
VSP＝ 虚拟设置点。如果不能达到TMPCAB，则发出新的临时设置点。
SP＝ 驾驶员请求的实际设置点。
TMAX＝ 最大时间，由根据度数所允许的最大斜率来确定。
TREM＝ 从确定的原始最大时间剩下的时间
SMEAS＝ 测得的斜率，其与每1°F分钟数有关
SMAX＝ 根据NOD表的最大斜率，其与每1°F分钟数有关
范围＝ HL-LL；在所描述的实施例中设为＝6。

Claims (20)

1.一种控制车辆电子系统的装置，包括：
用于确定存储在电源中的能量数量的模块；
用于响应于在车辆的起动事件期间观察到的稳态电荷状态来确定第一电荷状态的模块；
用于确定电池类型的模块；
用于响应于所述电池类型来确定第二电荷状态的模块；
用于响应于所述第一电荷状态和所述第二电荷状态来确定预定阈值的模块；
用于将存储在所述电源中的能量与所述预定阈值进行比较的模块；以及
用于当用于比较的所述模块确定存储在所述电源中的能量小于所述预定阈值时，将所述电源与负载断开的模块。
2.根据权利要求1所述的装置，还包括：
用于自动启动用于所述电源的充电设备的模块。
3.根据权利要求2所述的装置，其中，所述充电设备是交流发电机。
4.根据权利要求2所述的装置，其中，用于自动启动充电设备的模块包括用于起动发动机的模块。
5.根据权利要求1所述的装置，其中，用于确定存储在所述电源中的能量数量的模块包括：
用于确定当充电设备活动时传递给所述电源的电能的模块，以及
用于确定当所述充电设备不活动时从所述电源使用的电能的模块。
6.根据权利要求1所述的装置，其中，所述预定阈值是起动发动机所需要的电量。
7.根据权利要求1所述的装置，其中，所述电源为至少一个电池。
8.根据权利要求7所述的装置，其中，所述电源为电耦合在一起的多个电池。
9.根据权利要求1所述的装置，还包括：
用于确定收纳有计算机的车辆的工作状态的模块。
10.根据权利要求9所述的装置，其中，确定收纳有计算机的车辆的工作状态是在断开所述电源之前进行的。
11.一种控制车辆电子系统的方法，包括以下步骤：
确定存储在电源中的能量数量；
响应于在车辆的起动事件期间观察到的稳态电荷状态来确定第一电荷状态；
确定电池类型；
响应于所述电池类型来确定第二电荷状态；
响应于所述第一电荷状态和所述第二电荷状态来确定预定阈值；
将存储在所述电源中的能量与所述预定阈值进行比较；以及
当比较步骤确定存储在所述电源中的能量小于所述预定阈值时，将所述电源与负载断开。
12.根据权利要求11所述的方法，还包括自动起动所述车辆的发动机的步骤。
13.根据权利要求11所述的方法，还包括以下步骤：确定在先前时间段进行的开启/关闭循环的数量，并将所述数量与预定界限进行比较，从而如果在所述先前时间段进行的开启/关闭循环的数量等于所述预定界限，则阻止另一循环。
14.根据权利要求11所述的方法，还包括使得一第二电源向所述电源提供电能的步骤。
15.根据权利要求12所述的方法，其中，所述电源是耦合到发动机的交流发电机。
16.根据权利要求11所述的方法，其中，确定存储在电源中的能量数量的步骤包括以下步骤：
确定在发动机工作期间向电池提供的电能的量，以及
确定在所述发动机关闭时所述电池传递的电能的量。
17.根据权利要求16所述的方法，其中，确定存储在电源中的能量数量的步骤还包括以下步骤：
将在发动机工作期间向电池提供的电能的量与在所述发动机关闭时所述电池传递的电能的量进行比较。
18.根据权利要求11所述的方法，其中，所述预定阈值是起动发动机所需要的电量。
19.根据权利要求11所述的方法，还包括确定所述车辆工作状态的步骤。
20.根据权利要求19所述的方法，其中，确定所述车辆工作状态的步骤是在将所述电源与负载断开的步骤之前进行的。
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